《TL494开关电源的设计与制作毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TL494开关电源的设计与制作毕业论文（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、财贸职业学院毕业论文封面学号 班级 1 指导教师论文题目 基于TL494的开关电源设计与制作 / 基于TL494的开关电源设计与制作摘 要随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。开关电源进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源与保护环
2、境方面都具有重要的意义。TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。关键词：TL494 开关电源 高频目 录第1章选题背景1第2章开关电源简介22.1 开关电源概述22.1.1 开关电源的工作原理22.1.2 开关电源的组成32.1.3 开关电源的特点52.2 开关电源的分类52.3 开关器件的分析62.3.1电力二极管62.3.2 电力场效应晶体管MOSFET6第3章主要电路模块分析83.1 交流滤波电路83.2 整流桥电路83.3 半桥开关电路93.4 驱动变压电路103.5主控电路设计113.6电路中的其他模
3、块12第4章 TL494在220V12V开关电源中的应用144.1 TL494工作原理简述144.2 TL494的各脚功能与参数144.3 TL494构成的PWM控制器电路15第5章调试与检测185.1 无负载测试185.2 带负载测试18结论19致20附录21参考文献22第1章 选题背景现在科学技术越来越发达，电子产品也多了起来，电子产品所需的电源也越来越多了，电子产品离不开电源，电子产品越来越多所需的电源越来越多。各个国家的电子产品都发展了起来，电源在各个国家也就发展了起来。电子产品用的最多的电源是开关电源。随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表与家用电器等方面的广泛应用, 人们对
4、其需求量日益增长,并且对电源的效率、体积、重量与可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低,又笨又重的线性电源。 开关电源输入端直接将交流电整流变成直流电，再在高频震荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感（高频变压器）的帮助下，输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与他的工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器，使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流，使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源，在能源日益匮乏的当代越来越受到人们的青睐。80年代计算机电源全面实现了开关电源化
5、，90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域。第2章 开关电源简介2.1 开关电源概述2.1.1 开关电源的工作原理开关电源的工作原理图如图2-1所示；图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管。使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波就可得到稳定的直流输出电压U0。图2- 1开关电源的工作原理为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下： (2-1)式中，T表示开关S的开关重复周期；TON表示开关S在一个开关周期中的导通时间。开关电源直流输出电压Uo与输入电压Ui之间有
6、如下关系：Uo=Ui*D (2-2)由式(2-1)和式(2-2)可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间TON，即可改变脉冲占空比D，从而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变TON来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制(PWM)。 由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用得较多。若保持TON不变，利用改变开关频率f=1/T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压Uo稳压的方法，称做脉冲频率调制(PFM)。由于该方式的开关频率不固定，因此输出滤波电路的设计不易实现最优化。既改变TON，又改变T，实现脉冲占空比调节的稳压方式称做脉冲调
7、频调宽方式。在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节的稳压方式均有应用。2.1.2 开关电源的组成1.主电路 冲击电流限幅：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。 输入滤波器：其作用是过滤电网存在的杂波与阻碍本机产生的杂波反馈回电网。 整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。 逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。 输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 2.控制电路 一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。 3
8、.检测电路 提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。 4.辅助电源 实现电源的软件（远程）启动，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。开关电源的基本组成如图2-2所示。其中DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，该信号由它激或自激电路产生，可以是PWM信号、PFM信号或其他信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包
9、括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。反馈回路检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放大，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从而调整输出电压。图2-2 开关电源的基本组成AC/DC变换器也有多种电路形式，其中控制波形为方波的PWM变换器以与工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。开关电源与线性电源相比，其输入的瞬态变换比较多地表现在输出端，在提高开关频率的同时，由于比较放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应指标也能得到改善。开关电源的负载变换瞬态响应主要由输出端LC滤波器的特性决定，所以可以通过提高开关频率、降低输出滤波
10、器LC的方法来改善瞬态响应特性。2.1.3 开关电源的特点1.效率高：开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小，效率高，一般在80%90%，高的可达90%以上。2.重量轻：由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的漆包线和硅钢片，电源的重量只有同容量线性电源的1/5，体积也大大缩小。3.稳压围宽：开关电源的交流输入电压在90270V围变化时，输出电压的变化在2%以下。合理设计电路，还可使稳压围更宽，并保证开关电源的高效率。4.可靠安全：在开关电源中，由于可以方便的设置各种形式的保护电路，所以当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保护功能可靠。5.功耗小：由于功率开关管工
11、作在开关状态，损耗小，不需要采用大面积散热器，电源温升低，周围元件不致因长期工作在高温环境而损坏，所以采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。2.2 开关电源的分类开关电源的分类方法有很多，下面介绍几种常见的分类方法。1.按电路的输出稳压控制方式，开关电源可分为脉冲宽度调制(PWM)式、 脉冲频率调制(PFM)式和脉冲调频调宽式三种。2.按开关电源的触发方式分类,可分为自激式开关电源，自激式开关电源利用电源电路中的开关晶体管和高频脉冲变压器构成正反馈环路，来完成自激振荡，使开关电源输出直流电压。在显示设备的PWM式开关电源中，自激振荡频率同步于行频脉冲，即使在行扫描电路发生故障时，电源电路仍
12、能维持自激振荡而有直流输出电压。3.按电路的输出取样方式分类，可分为直接输出取样开关电源，间接输出取样开关电源。2.3 开关器件的分析2.3.1电力二极管电力二极管可分为普通二极管, 快恢复二极管,肖特基二极管三种。普通二极管又称为整流二极管，多用于开关频率不高的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要。其正向电流定额值和反向电压定额值可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。快恢复二极管是恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短的二极管，简称为快速二极管。快速二极管在工艺上多采用了掺金措施，有的采用PNP结型结构，有的采用改进的PIN结构。采用外延型PIN结构的
13、快恢复外延二极管(Fast Recovery Epitaxial Diodes，FRED)，其反向恢复时间更短(可低于50 ns)，正向压降也很低(0.9 V左右)，但其反向耐压多在400V以下。快速二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级，前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，有的甚至达到2030ns。以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管，简称为肖特基二极管。肖特基二极管的优点很多，主要是：反向恢复时间很短(1040ns)，正向恢复过程中不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；其开关损耗和正向导
14、通损耗都比快速二极管还要小，效率高。肖特基二极管的不足之处是：当反向耐压提高时，其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下；反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。2.3.2 电力场效应晶体管MOSFET电力场效应晶体管主要指绝缘栅型中的MOS型，简称电力MOSFET。其特点是：用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性好，电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电源电子装置。电力MOSFET的种类按导电沟道可分为P沟道和N沟道，如图2-3所示。其中G为栅极，S为源极，D为漏极
15、。电力MOSFET的工作原理是：在截止状态，漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结反偏，漏源极之间无电流流过；在导电状态，在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过，但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的电子吸引到栅极下面的P区表面。图2- 3电力MOSFET的结构和电气图形符号第3章 主要电路模块分析3.1 交流滤波电路图3-1为交流滤波电路的示意图。交流滤波电路由熔断丝FU1、热敏电阻RT、压敏电阻u和保护电容、电感组成。熔断丝FU1在电路中起短路保护。热敏电阻RT是负温度系数，当温度升高时电阻减小，电流增大。压敏电阻u（脉冲电压峰值）在电路起瞬间瞬间过电压保护作用，与是防雷击。电容C1、C4是滤除交流电中的高频谐波。电容C2、C3是消除差模滤波，电感L1是消除共模滤波。图 3- 1交流滤波电路3.2 整流桥电路如图3-2所示为半桥式整流电路。图3- 2 半桥整流电路此半桥式整流电路具有单
